RU2362489C1 - Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях - Google Patents

Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях Download PDF

Info

Publication number
RU2362489C1
RU2362489C1 RU2008110454/14A RU2008110454A RU2362489C1 RU 2362489 C1 RU2362489 C1 RU 2362489C1 RU 2008110454/14 A RU2008110454/14 A RU 2008110454/14A RU 2008110454 A RU2008110454 A RU 2008110454A RU 2362489 C1 RU2362489 C1 RU 2362489C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluorescence
protoporphyrin
calculated
spectrum
formulas
Prior art date
Application number
RU2008110454/14A
Other languages
English (en)
Inventor
Иван Александрович Новиков (RU)
Иван Александрович Новиков
Олег Константинович Козлов (RU)
Олег Константинович Козлов
Вера Геннадиевна Лихванцева (RU)
Вера Геннадиевна Лихванцева
Екатерина Александровна Осипова (RU)
Екатерина Александровна Осипова
Original Assignee
ГУ Научно-исследовательский институт болезней РАМН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГУ Научно-исследовательский институт болезней РАМН filed Critical ГУ Научно-исследовательский институт болезней РАМН
Priority to RU2008110454/14A priority Critical patent/RU2362489C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2362489C1 publication Critical patent/RU2362489C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения относительного содержания протопорфирина IX в биологических тканях. Способ включает в себя проведение спектроскопии при возбуждении флуоресценции гелий-неоновым лазером 632.8 нм и запись спектров аутофлуоресценции в виде массива данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм
{Z1, Z2, Z3…Zn}. Дополнительно формируют массивы данных, состоящие из интенсивностей флуоресценции кератина {Y1, Y2, Y3…Yn} и протопорфирина IX {Х1, Х2, Х3…Xn} для тех же значений длин волн. Относительное содержание протопорфирина IX определяют как пропорциональное удельной доле его флуоресценции в суммарном спектре аутофлуоресценции, которую определяют по формуле
Figure 00000023
, где {k1 k2…kn} и {l1 l2…ln} вычисляют по формулам
Figure 00000002
;
Figure 00000003
где α и β вычисляют по формулам
Figure 00000024
Figure 00000025
где {a1 a2…an}, {b1 b2…bn}, {ab1 ab2…abn}, {f1 f2…fn}, {fa1 fa2…fan}, {fb1 fb2…fbn} вычисляют по формулам:
Figure 00000026
;
Figure 00000027
; ;
Figure 00000029
;
Figure 00000030
;
Figure 00000031
,
где Xcp, Ycp и Zcp вычисляют по формулам Xср=(X1+X2+X3…Xn)/n; Ycp=(Y1+Y2+Y3…Yn)/n; Zcp=(Z1+Z2+Z3…Zn)/n, где n - количество записей в массивах данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции. Способ позволяет определить истинное относительное содержание протопорфирина IX в биологических тканях с исключением ошибок, связанных со сложным составным характером суммарного спектра аутофлуоресценции. 2 ил.

Description

Изобретение относится к медицине и предназначено определения относительного содержания протопорфирина IX в биологических тканях без использования экзогенных фотосенсибилизаторов и препаратов, индуцирующих аутофлуоресценцию.
Относительное содержание протопорфирина IX в тканях близко пропорционально удельной доле флуоресценции протопорфирина IX в суммарном спектре аутофлуоресценции при длине волны возбуждающего излучения 632.8 нм. Ранее вклад флуоресценции протопорфирина IX в суммарный спектр аутофлуоресценции не оценивался. В ближайшем аналоге относительное содержание протопорфирина IX в биологических тканях также оценивается путем анализа спектра аутофлуоресценции при длине волны возбуждающего излучения 632.8 нм, с тем отличием, что полученный спектр аутофлуоресценции тканей оценивается как полностью определяющийся люминесценцией протопорфиринов без учета вклада в суммарный спектр аутофлуоресценции других эндогенных флуорофоров [http://vrach-aspirant.ru/lib_show/12.html]. Поэтому до настоящего времени не существовало метода определения удельной доли протопорфирина IX в суммарном спектре аутофлуоресценции, основанного только на анализе спектра нативной аутофлуоресценции при длине волны возбуждающего излучения 632.8 нм.
Задачей изобретения является разработка нового способа определения относительного содержания протопорфирина IX в биологических тканях путем анализа спектра нативной аутофлуоресценции без использования экзогенных флуорофоров и препаратов, индуцирующих аутофлуоресценцию.
Ткани человека содержат большое число разнообразных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области флуоресценции. Некоторые флуорофоры имеют близкие или перекрывающиеся области флуоресценции, в результате чего полученное от тканей излучение флуоресценции имеет сложный спектральный состав. Например, если регистрируются два сигнала флуоресценции: первый - от флуорофора 1 (спектр 1, фиг.1) в диапазоне длин волн Δl1 и второй - от флуофора 2 (спектр 2, фиг.1) в диапазоне Δl2, то часть спектра 1 может перекрываться со спектром 2. В результате в диапазоне Δl2 будет регистрироваться не сигнал, пропорциональный количеству флуорохрома 2, а суммарный сигнал от спектров 1 и 2 (спектр 3, фиг.1) [Van Dilla M.A., Dean P.N., Laerum O.D., Melamed M.R. (eds.) ”Flow Cytometry: Instrumentation and Data Analysis”, Acad. Press, London, 1985]. Поэтому спектр нативной аутофлуоресценции тканей носит сложный составной характер. Аутофлуоресценция тканей в красной области спектра характеризуется меньшей интенсивностью флуоресценции по сравнению с интенсивностью флуоресценции в УФА и коротковолновой видимой областях. Одним из эндогенных флуорофоров, флуоресцирующих в красной области спектра, является протопорфирин IX. В силу преимущественного накопления протопорфирина IX в опухолевой ткани возникает флуоресцентный контраст между опухолью и окружающей ее здоровой тканью, что может применяться с целью флуоресцентной диагностики новообразований различной локализации. Ранее считалось, что протопорфирин IX полностью формирует спектр аутофлуоресценции при использовании длины волны возбуждающего излучения 632.8 нм [Синичкин Ю.П., Утц С.Р. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека. - Саратов: 2001].
Техническим результатом предлагаемого способа является возможность определения истинного относительного содержания протопорфирина IX в биологических тканях с исключением ошибок, связанных со сложным составным характером суммарного спектра аутофлуоресценции.
Технический результат достигается за счет того, что относительное содержание протопорфирина IX в биологических тканях оценивают как пропорциональное удельной доле его флуоресценции в суммарном спектре аутофлуоресценции, которую определяют по формуле.
При анализе спектра нативной аутофлуоресценции тканей человека нами были получены данные, что коллаген, кератин и порфирин определяют более 97% суммарного спектра в диапазоне 650-800 нм, при λех=632,8. Одновременно с этим спектр флуоресценции кератина практически неотличим от спектра флуоресценции высокогидратированного коллагена. Из последнего следует, что любой произвольный спектр моделируется суммой двух спектров эталонов, взятых с разными коэффициентами. Первым эталоном может выступать нативный спектр коллагена или кератина, вторым - спектр водного раствора синтетического протопорфирина-IX.
Fмод(λ)=k* Fкер(λ)+m*Fпп(λ),
где Fмод(λ) - модельный суммарный спектр, Fкер(λ) - эталонный спектр кератина, Fпп(λ) - эталонный спектр протопорфиринов при 650≤λ≤800.
При вычислении долевого участия протопорфирина IX в формировании произвольного суммарного спектра критерием оценки может служить максимальная корреляция между произвольным суммарным спектром и модельным. Модельный синтезированный спектр из двух спектров-эталонов коррелирует с наблюдаемым спектром с коэффициентом 0.97-0.99, что является доказательством того, что доля спектра флуоресценции протопорфирина IX в анализируемом суммарном спектре аутофлуоресценции вычислена достоверно (фиг.2).
Способ осуществляют следующим образом. Проводят спектроскопию анализируемого участка кожи или слизистой оболочки с помощью флуоресцентно-спектроскопической установки, например ЛЭСА-01 (ГОСТ Р 50460-92)(гелий-неоновый лазер, 632.8 нм). Регистрацию полученного суммарного спектра аутофлуоресценции проводят с помощью компьютерной программы LESA-Soft '9” для MS Windows 1998-2000. Запись спектра аутофлуоресценции производят в виде массива данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм {Z1, Z2, Z3…Zn}. Эталонный спектр кератина записывают в виде массива данных, состоящего из интенсивностей флуоресценции кератина для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм {Y1, Y2, Y3…Yn} и для протопорфирина IX для тех же значений длин волн {X1, X2, X3…Xn}. Относительное содержание протопорфирина IX (I%ППIX) в суммарном спектре аутофлуоресценции вычисляют по формуле
Figure 00000001
,
где {k1 k2…kn} и {l1 l2…ln} вычисляют по формулам
Figure 00000002
;
Figure 00000003
,
где α и β вычисляют по формулам
Figure 00000004
Figure 00000005
,
где {a1 а2…an}, {b1 b2…bn}, {ab1 аb2…abn}, {f1 f2…fn}, {fa1 fa2…fan}, {fb1 fb2…fbn} вычисляют по формулам
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
где Хср, Ycp и Zcp вычисляют по формулам
Xcp=(X1+X2+X3…Xn)/n;
Ycp=(Y1+Y2+Y3…Yn)/n;
Zcp=(Z1+Z2+Z3…Zn)/n;,
где n - количество записей в массивах данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции;
Полученное значение доли флуоресценции протопорфирина IX в анализируемом спектре аутофлуоресценции является пропорциональным относительному содержанию протопорфирина IX в биологических тканях.
Пример 1
Пациент И., 30 лет.
Клинический диагноз: каппилярная гемангиома кожи груди.
С помощью флуоресцентно-спектроскопической установки (гелий-неоновый лазер 632.8 нм) проводят спектроскопию зоны гемангиомы и окружающей ее здоровой кожи груди. Регистрацию полученных суммарных спектров аутофлуоресценции проводят с помощью компьютерной программы LESA-Soft '9” для MS Windows 1998-2000. Запись спектра аутофлуоресценции производят в виде массива данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм {Z1, Z2, Z3…Zn}. Эталонный спектр кератина записывают в виде массива данных, состоящего из интенсивностей флуоресценции кератина для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм {Y1, Y2, Y3…Yn} и для протопорфирина IX для тех же значений длин волн {X1, X2, X3…Xn}. Относительное содержание протопорфирина IX (I%ППIX) в суммарном спектре аутофлуоресценции вычисляют по указанной в описании формуле.
Доля флуоресценции протопорфирина IX в спектре аутофлуоресценции капиллярной гемангиомы составила 27.8%, удельная доля флуоресценции протопорфирина IX в спектре аутофлуоресценции кожи груди составила 29.4%. Полученные значения пропорциональны относительному содержанию протопорфирина IX в ткани гемангиомы и в окружающей его коже груди.
Пример 2
Пациентка Ф., 65 лет.
Клинический диагноз: Базально-клеточный рак (БКР) кожи нижнего века левого глаза.
С помощью флуоресцентно-спектроскопической установки (гелий-неоновый лазер 632.8 нм) проводят спектроскопию зоны БКР и окружающей ее здоровой кожи нижнего века. Регистрацию полученных суммарных спектров аутофлуоресценции проводят с помощью компьютерной программы LESA-Soft '9” для MS Windows 1998-2000. Запись спектра аутофлуоресценции производят в виде массива данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм {Z1, Z2, Z3…Zn}. Эталонный спектр кератина записывают в виде массива данных, состоящего из интенсивностей флуоресценции кератина для последовательности длин волн от 649 нм до 850 нм с шагом 0.43 нм {Y1, Y2, Y3…Yn} и для протопорфирина IX для тех же значений длин волн {X1, X2, X3…Xn}. Относительное содержание протопорфирина IX (I%ППIX) в суммарном спектре аутофлуоресценции вычисляют по указанной в описании формуле.
Доля флуоресценции протопорфирина IX в спектре аутофлуоресценции БКР составила 36.8±2.6%, в то же время удельная доля флуоресценции протопорфирина IX в спектре аутофлуоресценции кожи нижнего века составила 26.4±3.0%. Полученные значения пропорциональны относительному содержанию протопорфирина IX в ткани БКР и в окружающей его коже нижнего века.
Таким образом, предложенный способ позволяет определить относительное содержание протопорфирина IX в биологических тканях с исключением погрешностей, связанных с включением в суммарный спектр аутофлуоресценции спектров флуоресценции других эндогенных флуорофоров, что в дальнейшем может использоваться для диагностики новообразований.

Claims (1)

  1. Способ определения относительного содержания протопорфирина IX в биологических тканях, включающий проведение спектроскопии при возбуждении флуоресценции гелий-неоновым лазером 632.8 нм и запись спектров аутофлуоресценции в виде массива данных, состоящего из значений интенсивности флуоресценции для последовательности длин волн от 649 до 850 нм с шагом 0.43 нм {Z1, Z2, Z3…Zn}, отличающийся тем, что дополнительно формируют массивы данных, состоящие из интенсивностей флуоресценции кератина {Y1, Y2, Y3…Yn} и протопорфирина IX {Х1, Х2, Х3…Хn} для тех же значений длин волн, и определяют относительное содержание протопорфирина IX в биологических тканях по формуле
    Figure 00000012

    где I%ППIX - относительное содержание протопорфирина IX в биологических тканях, где {k1 k2…kn} и {l1 l2…ln} вычисляют по формулам
    Figure 00000013
    Figure 00000014

    где α и β вычисляют по формулам
    Figure 00000015

    Figure 00000016

    где {a1 a2…an}, {b1 b2…bn}, {ab1 ab2…abn}, {f1 f2…fn}, {fa1 fa2…fan}, {fb1 fb2…fbn} вычисляют по формулам
    Figure 00000017
    Figure 00000018
    Figure 00000019

    Figure 00000020
    Figure 00000021
    Figure 00000022

    где Хср, Yсp и Zcp вычисляют по формулам
    Хср=(Х1+Х2+Х3…Хn)/n;
    Ycp=(Y1+Y2+Y3…Yn)/n;
    Zcp=(Z1+Z2+Z3…Zn)/n,
    где n - количество записей в массивах данных, состоящих из значений интенсивности флуоресценции.
RU2008110454/14A 2008-03-20 2008-03-20 Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях RU2362489C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008110454/14A RU2362489C1 (ru) 2008-03-20 2008-03-20 Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008110454/14A RU2362489C1 (ru) 2008-03-20 2008-03-20 Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2362489C1 true RU2362489C1 (ru) 2009-07-27

Family

ID=41048328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008110454/14A RU2362489C1 (ru) 2008-03-20 2008-03-20 Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2362489C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768698C1 (ru) * 2021-04-08 2022-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Спектр-М" Способ проведения экспресс-анализа свежести мясных продуктов питания и устройство фотолюминесцентного анализатора для его осуществления

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHU D.M., YANG H.P. et al. [Fluorescence spectrum analysis system for protoporphyrin IX in serum based on wavelet transform]., Guang Pu Xue Yu Guang Pu Fen Xi., 2007 Dec; 27(12):2553-7. *
СИНЯЕВА М.Л. и др. Исследование аутофлюоресценции и флюоресценции АЛК-индуцированного протопорфирина IX микрофлоры полости рта при воспалительных заболеваниях тканей пародонта. - Российский Биотерапевтический журнал. - 2003, т.2, №4, с.72-79. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768698C1 (ru) * 2021-04-08 2022-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Спектр-М" Способ проведения экспресс-анализа свежести мясных продуктов питания и устройство фотолюминесцентного анализатора для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190384048A1 (en) Method and apparatus for quantitative hyperspectral fluorescence and reflectance imaging for surgical guidance
US5201318A (en) Contour mapping of spectral diagnostics
Bachmann et al. Fluorescence spectroscopy of biological tissues—a review
Kondepati et al. Recent applications of near-infrared spectroscopy in cancer diagnosis and therapy
Manoharan et al. Histochemical analysis of biological tissues using Raman spectroscopy
Swinson et al. Optical techniques in diagnosis of head and neck malignancy
König Clinical in vivo multiphoton FLIM tomography
EP2425785A1 (en) Body tissue imaging using raman scattering light
CN107209118A (zh) 在自体荧光存在下生物材料中目标荧光团的成像
Chorvatova et al. Tissue fluorophores and their spectroscopic characteristics
Zhang et al. Raman spectroscopy: A potential diagnostic tool for oral diseases
RU2362489C1 (ru) Способ определения относительного содержания протопорфирина iх в биологических тканях
Oliveira et al. Optical clearing for cancer diagnostics and monitoring
US12061328B2 (en) Method and apparatus for quantitative hyperspectral fluorescence and reflectance imaging for surgical guidance
Seo et al. Fluorescence spectroscopy for endogenous porphyrins in human facial skin
Bogaards et al. In vivo quantification of fluorescent molecular markers in real-time: A review to evaluate the performance of five existing methods
CN105181422A (zh) 一种口腔粘膜的良性病损排查与恶性病变检测试剂盒及其检测方法
RU2392846C1 (ru) Способ дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных беспигментных опухолей кожи
Borisova et al. Multispectral autofluorescence diagnosis of non-melanoma cutaneous tumors
Mastanduno et al. Combined three-dimensional magnetic resonance guided optical spectroscopy for functional and molecular imaging of human breast cancer
Kałużyński et al. Luminescence spectroscopy measurements for skin cancer research
Khristoforova et al. The study of ex vivo and in vivo skin neoplasms using near-infrared fluorescence spectroscopy
Dalal et al. Characterization Of Breast Cancer Tissue Using Autofluorescence and Fluorescence Spectroscopy In-Vitro
Kar et al. Noninvasive Tests
Troyanova et al. Fluorescence and reflectance properties of hemoglobin-pigmented skin disorders

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150321